JP2023151747A - 光源装置、及び投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の小型化を図ることができる光源装置と、この光源装置を備える投影装置を提供する。【解決手段】光源装置６０は、青色波長帯域光を出射する励起光照射装置７０と、励起光照射装置７０から出射された青色波長帯域光が入射面に対して傾斜する角度で入射するように設けられ、入射する青色波長帯域光を第１方向に透過する光路と第２方向に透過する光路とのいずれかを時分割で変更するスイッチング回折格子２０２と、スイッチング回折格子２００を透過した第２方向の青色波長帯域光が入射するように設けられ、青色波長帯域光が照射されて赤色波長帯域光を含む蛍光を発光する赤色発光領域を有する蛍光ホイール装置１００と、スイッチング回折格子２０２と蛍光ホイール装置１００との間に設けられ、赤色発光領域で発光した赤色波長帯域光を反射し、スイッチング回折格子２０２を透過した青色波長帯域光を透過するダイクロイックミラー面２０４とを備える。【選択図】図７

Description

本発明は、光源装置、及び投影装置に関する。

今日、パーソナルコンピュータの画面やビデオ画面、メモリカード等に記憶されている画像データ等をスクリーンに投影する投影装置が利用されている。この投影装置は、光源から出射された光をＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）と呼ばれるマイクロミラー表示素子や液晶板に集光させ、スクリーン上にカラー画像を表示させている。この種の投影装置において、入射する光を互いに異なる方向に透過する光路に時分割で変更するスイッチング回折格子等の光路変更部を備えるものが知られている。

例えば、特許文献１には、青色波長帯域光を照射する励起光照射装置と、緑色波長帯域光を励起する蛍光発光装置と、赤色波長帯域光を照射する赤色光源装置と、励起光照射装置から出射された光を時分割で二方向に切り替える光路切替手段と、２つのダイクロイックミラーと、反射ミラーとを備える光源装置が開示されている。この光源装置では、励起光照射装置から出射された青色波長帯域光は、光路切替手段に入射し、光路切替手段により第一の方向に照射される第一の光と第二の方向に照射される第二の光とに切り替えられる。

光路切替手段により第一の方向に照射された青色波長帯域光は、一方のダイクロイックミラーにより反射されて光源装置から射出される。また、光路切替手段により第二の方向に照射された青色波長帯域光は、他方のダイクロイックミラーを透過して蛍光発光装置に入射する。青色波長帯域光により蛍光発光装置で励起された緑色波長帯域光は、他方のダイクロイックミラーで反射され、さらに反射ミラーで反射されて光源装置から射出される。また、赤色光源装置から照射された赤色波長帯域光は、他方のダイクロイックミラーを透過して反射ミラーにより反射され、光源装置から射出される。

特開２０１２－１４１５８１号公報

しかしながら、特許文献１の光源装置では、赤色波長帯域光及び緑色波長帯域光の光路が青色波長帯域光の光路と別光路となるため、赤色波長帯域光及び緑色波長帯域光を導光するためのレンズ部材やミラー部材等を別途配置する必要があり、装置の小型化を図ることが困難であった。

本発明は、以上の点に鑑み、装置の小型化を図ることができる光源装置と、この光源装置を備える投影装置を提供することを目的とする。

本発明の光源装置は、第１波長帯域光を出射する光源と、前記光源から出射された前記第１波長帯域光が入射面に対して傾斜する角度で入射するように設けられ、入射する前記第１波長帯域光を第１方向に透過する光路と第２方向に透過する光路とのいずれかを時分割で変更する光路変更部と、前記光路変更部を透過した前記第２方向の前記第１波長帯域光が入射するように設けられ、前記第１波長帯域光が照射されて第２波長帯域光を含む蛍光を発光する第１発光領域を有する蛍光発光装置と、前記光路変更部と前記蛍光発光装置との間に設けられ、前記第１発光領域で発光した前記第２波長帯域光を反射し、前記光路変更部を透過した前記第１波長帯域光を透過するミラー部と、を備える。

本発明の投影装置は、上記の光源装置と、画像光を生成する表示素子と、前記表示素子から出射された前記画像光を被投影体に投影する投影光学系と、前記光源装置と前記表示素子とを制御する制御部と、を備える。

本発明によれば、装置の小型化を図ることができる光源装置と、この光源装置を備える投影装置を提供することができる。

実施形態に係る投影装置の機能回路ブロックを示す図である。 実施形態に係る投影装置の内部構造を示す平面模式図である。 実施形態に係る蛍光ホイール装置の蛍光ホイールの平面模式図である。 実施形態に係るカラーホイール装置のカラーホイールの平面模式図である。 実施形態においてスイッチング回折格子に照射された青色波長帯域光がスイッチング回折格子により光路が変換される様子を示す模式図であり、（ａ）はスイッチング回折格子がオン状態であるときを示し、（ｂ）はスイッチング回折格子がオフ状態であるときを示す。 実施形態に係る投影装置の時分割制御を示す説明図である。 実施形態においてスイッチング回折格子に照射された青色波長帯域がスイッチング回折格子で屈曲されてカラーホイール装置を透過する様子を示す平面模式図である。 実施形態においてスイッチング回折格子に照射された青色波長帯域がスイッチング回折格子を透過して蛍光ホイールに照射され、蛍光ホイール装置で発光した蛍光がダイクロイックミラー面に反射されてカラーホイール装置を透過する様子を示す平面模式図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、投影装置１０の機能回路ブロック図である。投影装置制御部は、画像変換部２３と制御部３８とを含むＣＰＵ、入出力インターフェース２２を含むフロントエンドユニット、表示エンコーダ２４と表示駆動部２６等から構成される。入出力コネクタ部２１から入力された各種規格の画像信号は、入出力インターフェース２２、システムバスＳＢを介して画像変換部２３で表示に適した所定のフォーマットの画像信号に統一するように変換された後、表示エンコーダ２４に出力される。

また、表示エンコーダ２４は、入力された画像信号をビデオＲＡＭ２５に展開記憶した上でこのビデオＲＡＭ２５の記憶内容からビデオ信号を生成して表示駆動部２６に出力する。

表示駆動部２６は、表示エンコーダ２４から出力された画像信号に対応して適宜のフレームレートで空間的光変調素子（ＳＯＭ）であるＤＭＤ等の表示素子５０を駆動する。投影装置１０は、光源装置６０から出射された光線束を、導光光学系１７０を介して表示素子５０に照射することにより、表示素子５０の反射光で光画像を形成し、投影光学系２２０（図２参照）を介して図示しないスクリーン等の被投影体に画像を投影表示する。なお、この投影光学系２２０の可動レンズ群２３５は、レンズモータ４５によりズーム調整やフォーカス調整のための駆動を行うことができる。

また、画像圧縮／伸長部３１は、画像信号の輝度信号及び色差信号をＡＤＣＴ及びハフマン符号化等の処理によりデータ圧縮して着脱自在な記録媒体であるメモリカード３２に順次書き込む記録処理を行う。さらに、画像圧縮／伸長部３１は、再生モード時にメモリカード３２に記録された画像データを読み出し、一連の動画を構成する個々の画像データを１フレーム単位で伸長し、画像変換部２３を介して表示エンコーダ２４に出力する。よって、画像圧縮／伸長部３１は、メモリカード３２に記憶された画像データに基づいて動画等の出力を行うことができる。

制御部３８は、投影装置１０内の各回路の動作制御を司るものであって、ＣＰＵや各種セッティング等の動作プログラムを固定的に記憶したＲＯＭ及びワークメモリとして使用されるＲＡＭ等により構成される。

キー／インジケータ部３７は、筐体に設けられるメインキー及びインジケータ等により構成される。キー／インジケータ部３７の操作信号は、制御部３８に直接送出される。また、リモートコントローラからのキー操作信号は、Ｉｒ受信部３５で受信され、Ｉｒ処理部３６でコード信号に復調されて制御部３８に出力される。

制御部３８はシステムバスＳＢを介して音声処理部４７と接続されている。音声処理部４７は、ＰＣＭ音源等の音源回路を備えており、投影モード及び再生モード時には音声データをアナログ化し、スピーカ４８を駆動して拡声放音させる。

制御部３８は、光源制御回路４１を制御している。光源制御回路４１は、画像生成時に要求される所定波長帯域の光が光源装置６０から出射されるように、光源装置６０における励起光照射装置７０、蛍光ホイール装置１００、及びカラーホイール装置１５０（図２参照）の動作を個別に制御する。さらに、光源制御回路４１は、後述するスイッチング回折格子２００のオン状態とオフ状態の切り替えを個別に制御する。

さらに、制御部３８は、冷却ファン駆動制御回路４３に光源装置６０等に設けた複数の温度センサによる温度検出を行わせ、この温度検出の結果から冷却ファン２６１の回転速度を制御させている。また、制御部３８は、冷却ファン駆動制御回路４３にタイマー等により投影装置１０本体の電源オフ後も冷却ファン２６１の回転を持続させる、あるいは、温度センサによる温度検出の結果によっては投影装置１０本体の電源をオフにする等の制御も行う。

次に、投影装置１０の内部構造について説明する。図２は、投影装置１０の内部構造を示す平面模式図である。ここで、投影装置１０の筐体は、略箱状に形成されて、図示しない上面パネル及び下面パネルと、正面パネル１２、背面パネル１３、右側パネル１４及び左側パネル１５を備えている。また、投影装置１０は、正面側に投影口１２ａを有する。なお、以下の説明においては、投影装置１０における左右とは投影口１２ａからの投影方向に対しての左右方向を示し、前後とは投影装置１０の被投影体側方向及び光線束の進行方向に対しての前後方向を示す。

投影装置１０は、左側パネル１５の近傍に制御回路基板２４２を備える。この制御回路基板２４２は、電源回路ブロックや光源制御ブロック等を備えている。また、投影装置１０は、投影装置１０の略中央部分に配置された光源装置６０を備えている。光源装置６０と右側パネル１４の間には、電源コネクタ５７、ヒートシンク１３０、冷却ファン２６１等が配置されている。

光源装置６０は、青色波長帯域光（第１波長帯域光）の光源であって励起光の光源でもある励起光照射装置（光源）７０と、赤色波長帯域光（第２波長帯域光）及び緑色波長帯域光（第３波長帯域光）の光源である赤緑色光源装置８０と、を備えている。赤緑色光源装置８０は、励起光照射装置７０と蛍光ホイール装置１００により構成される。光源装置６０には、青色波長帯域光、赤色波長帯域光、緑色波長帯域光を導光する光源光学系１４０が配置されている。

光源光学系１４０は、蛍光ホイール装置（蛍光発光装置）１００、カラーホイール装置（フィルタ装置）１５０、複合部材２００、及び第１集光レンズ１４２を有している。光源光学系１４０は、励起光照射装置７０及び赤緑色光源装置８０から出射される光束を、後述するマイクロレンズアレイ９０の入射面に集光する。また、光源装置６０には、光源光学系１４０からの光（カラーホイール装置１５０を透過した光）を後述する投影光学系２２０へ導光する導光光学系１７０が配置されている。

励起光照射装置７０は、投影装置１０の筐体の略中央部分に配置されている。励起光照射装置７０は、複数の青色レーザダイオード（光出射部）７１及び複数のコリメータレンズ（レンズ部）７２を有している。各青色レーザダイオード７１及び各コリメータレンズ７２は、図示しない保持部材に保持されている。励起光照射装置７０は、ヒートパイプを介してヒートシンク１３０と接続されており、冷却されるようになっている。

光源群を構成する青色レーザダイオード７１は、励起光である青色波長帯域光を出射する半導体発光素子であり、垂直方向（上下方向）に沿って複数配置されている（図２等の平面図では最も上方に配置された１つの青色レーザダイオード７１を図示している）。コリメータレンズ７２は、各青色レーザダイオード７１の光軸上にそれぞれ配置され、青色レーザダイオード７１からの出射光の指向性を高めるように各々平行光に変換する。各コリメータレンズ７２は、後述する複合部材２００のスイッチング回折格子２０２に所定の角度で入射するように、対応する青色レーザダイオード７１の光軸に対してずれて配置されている。各青色レーザダイオード７１から出射される青色波長帯域光は、コリメータレンズ７２により所定の範囲に制限された光束となる。

蛍光ホイール装置１００は、円板状又は円環状に設けられた蛍光ホイール１０１と、この蛍光ホイール１０１を回転駆動するモータ１１０と、このモータ１１０を駆動制御する図示しない駆動制御装置とを有している。駆動制御装置は、上述した光源制御回路４１により制御される。蛍光ホイール装置１００は、青色波長帯域光が入射する蛍光ホイール１０１の表面側（モータ１１０が配置された側とは反対側）が後述する複合部材２００側に向けられた姿勢で配置されている。

図３に示す蛍光ホイール１０１は、銅やアルミニウム等の金属材料により設けられ、表面が銀蒸着等によりミラー加工されている。蛍光ホイール１０１は、赤色発光領域（第１発光領域）１０４及び緑色発光領域（第２発光領域）１０６を有している。赤色発光領域１０４及び緑色発光領域１０６は、蛍光ホイール１０１の周方向に並設され、図３に示す例ではそれぞれ略１２０度の角度範囲で配置される。なお、赤色発光領域１０４と緑色発光領域１０６の各領域が占める割合はそれぞれ略１２０度の角度範囲に限定されるものではなく、適宜変更してもよい。

赤色発光領域１０４は、ミラー加工された表面に赤色蛍光体層が設けられている。赤色発光領域１０４は、励起光照射装置７０から出射された青色波長帯域光を励起光として受けて、赤色波長帯域光を含む蛍光を発光する。緑色発光領域１０６は、励起光照射装置７０から出射された青色波長帯域光を励起光として受けて、緑色波長帯域光を含む蛍光を発光する。

カラーホイール装置１５０は、円板状又は円環状に設けられたカラーホイール１５１と、このカラーホイール１５１を駆動するモータ１６０と、このモータ１６０を駆動制御する図示しない駆動制御装置とを有している。駆動制御装置は、上述した光源制御回路４１により制御される。カラーホイール装置１５０は、カラーホイール１５１の表面側（モータ１６０が配置された側とは反対側）が複合部材２００側に向けられた姿勢で配置されている。

図４に示すカラーホイール１５１は、透過性を有するガラスや樹脂等の透明な材料で設けられ、青色透過領域（透過領域、透過拡散領域）１５２、赤色透過領域（第１フィルタ領域）１５４、及び緑色透過領域（第２フィルタ領域）１５６を有している。青色透過領域１５２、赤色透過領域１５４、及び緑色透過領域１５６は、カラーホイール１５１の周方向に並設され、図４に示す例ではそれぞれ略１２０度の角度範囲で配置される。なお、青色透過領域１５２、赤色透過領域１５４と緑色透過領域１５６の各領域が占める割合はそれぞれ略１２０度の角度範囲に限定されるものではなく、適宜変更してもよい。

青色透過領域１５２は、青色波長帯域光を透過して拡散する。赤色透過領域１５４は、赤色波長帯域光を透過して他の波長帯域光を反射する。緑色透過領域１５６は、緑色波長帯域光を透過して他の波長帯域光を反射する。赤色透過領域１５４を透過する光の波長帯域は、例えば５９０～６５０ｎｍである。緑色透過領域１５６を透過する光の波長帯域は、例えば４６５～５９０ｎｍである。なお、本実施形態では、青色透過領域１５２は、青色波長帯域光だけでなく可視光とされる他の波長帯域光も透過するが、例えば青色透過領域１５２が青色波長帯域光を透過して他の波長帯域光を反射する領域であり、青色透過領域１５２を透過する光の波長帯域が４４０～４６５ｎｍであってもよい。

複合部材２００は、横長略矩形板状の部材であり、励起光照射装置７０と蛍光ホイール装置１００の間に設けられている。図５に示すように、複合部材２００の両板面のうち励起光照射装置７０側に向けられた面が励起光照射装置７０から出射された青色波長帯域光が入射する励起光入射面２００ａとされ、その反対側の面（蛍光ホイール装置１００側に向けられた面）が複合部材２００を透過した青色波長帯域光が出射する励起光出射面２００ｂとされる。複合部材２００は、励起光照射装置７０から出射された青色波長帯域光を透過する。

図５に示すように、本実施形態では、複合部材２００のうち励起光出射面２００ｂ側は、表面にダイクロイックミラー加工が施されており、ダイクロイックミラー面（ミラー部）２０４とされている。ダイクロイックミラー面２０４は、青色波長帯域光を透過し、赤色波長帯域光及び緑色波長帯域光を透過する。一方、複合部材２００のうちダイクロイックミラー面２０４を除いた部分は、ＤｉｇｉＬｅｎｓ（登録商標）等のスイッチング回折格子（光路変更部）２０２とされている。即ち、スイッチング回折格子２０２は、複合部材２００における励起光入射面２００ａを含んでいる。このように本実施形態では、スイッチング回折格子２０２とダイクロイックミラー面２０４が同一の複合部材２００に設けられている。

スイッチング回折格子２０２は、電圧が印加されるようになっており、電圧が印加されたオン状態と電圧が印加されないオフ状態の間で切り換えられるようになっている。スイッチング回折格子２０２の内部には、オフ状態において液晶（不図示）が所定の配向方向で封入されている。スイッチング回折格子２０２は、電圧が印加されてオン状態に切り替わることにより、内部の液晶の配向方向が切り替わるようになっている。このように液晶の配向方向を制御することで、スイッチング回折格子２０２を透過する青色波長帯域光の光路を制御することができる。スイッチング回折格子２０２では、オン状態とオフ状態の変更が制御部３８により時分割で制御される。

本実施形態では、スイッチング回折格子２０２がオフ状態の場合、複合部材２００に入射した青色波長帯域光は、スイッチング回折格子２０２によりカラーホイール装置１５０側へ向かう第１方向Ｄ１に屈曲しつつスイッチング回折格子２０２及びダイクロイックミラー面２０４を透過し、第１方向Ｄ１に導光される（図５（ａ）参照）。一方、スイッチング回折格子２０２がオン状態の場合、複合部材２００に入射した青色波長帯域光は、屈曲することなくスイッチング回折格子２０２及びダイクロイックミラー面２０４を透過し、蛍光ホイール装置１００側へ向かう第２方向Ｄ２に導光される（図５（ｂ）参照）。

第１集光レンズ１４２は、複合部材２００と蛍光ホイール装置１００の間に設けられている。第１集光レンズ１４２は、複合部材２００を第２方向Ｄ２に透過した青色波長帯域光を集光し、蛍光ホイール装置１００側へ導光する。また、第１集光レンズ１４２は、蛍光ホイール装置１００の赤色発光領域１０４、緑色発光領域１０６で発光した赤色波長帯域光、緑色波長帯域光を集光し、複合部材２００側へ導光する。

次に、光源装置６０を構成する各部材の配置態様について説明する。複合部材２００は、励起光照射装置７０から出射された青色波長帯域光が励起光入射面２００ａに対して傾斜する角度で入射するような配置で設けられている。さらに、複合部材２００は、上述したように、複合部材２００を第１方向Ｄ１に透過した青色波長帯域光がカラーホイール装置１５０側へ導光され、複合部材２００を第２方向Ｄ２に透過した青色波長帯域光が蛍光ホイール装置１００側へ導光されるような配置で設けられている。

蛍光ホイール装置１００は、複合部材２００を第２方向Ｄ２に透過した青色波長帯域光が入射するような配置で設けられている。また、蛍光ホイール装置１００は、蛍光ホイール１０１で発光した赤色波長帯域光及び緑色波長帯域光が複合部材２００のダイクロイックミラー面２０４に入射するような配置で設けられている。また、カラーホイール装置１５０は、複合部材２００を第１方向Ｄ１に屈曲して透過した青色波長帯域光、複合部材２００のダイクロイックミラー面２０４で反射した赤色波長帯域光及び緑色波長帯域光が入射するような配置で設けられている。換言すれば、スイッチング回折格子２０２は、第１方向Ｄ１が、ダイクロイックミラー面２０４で赤色波長帯域光及び緑色波長帯域光が反射される方向と略等しくなるような配置及び液晶の配向で設けられている。

図２に戻り、導光光学系１７０は、マイクロレンズアレイ９０、凹レンズ１７４、第２集光レンズ１７５、照射ミラー１８５、及びコンデンサレンズ１９５を有している。凹レンズ１７４は、マイクロレンズアレイ９０と第２集光レンズ１７５の間に配置される。なお、コンデンサレンズ１９５は、コンデンサレンズ１９５の背面パネル１３側に配置される表示素子５０から出射された画像光を投影光学系２２０に向けて出射するので、投影光学系２２０の一部でもある。

投影光学系２２０は、コンデンサレンズ１９５、可動レンズ群２３５、及び固定レンズ群２２５を有している。コンデンサレンズ１９５の正面パネル１２側の光軸上に配置される固定レンズ群２２５は、固定鏡筒に内蔵され、手動又は自動により移動されることにより、ズーム調整やフォーカス調整を可能としている。本実施形態に係る投影装置１０は、以上のような構成とされる。

次に、図６に基づいて、画像生成時に要求される所定波長帯域の光を光源装置６０から出射するときの、制御部３８における蛍光ホイール装置１００、カラーホイール装置１５０、及びスイッチング回折格子２０２の制御態様を説明する。図６に示すように、１フレームは２つのサブフレームで構成され、制御部３８は、光源制御回路４１により各サブフレームで蛍光ホイール装置１００、カラーホイール装置１５０、及びスイッチング回折格子２０２を時分割で制御して各色を表示する。

制御部３８は、青色波長帯域光の出射期間は、カラーホイール装置１５０の青色透過領域１５２が位置し、かつスイッチング回折格子２０２がオフ状態となるように制御する。制御部３８は、赤色波長帯域光の出射期間は、赤色波長帯域光が入射する位置に蛍光ホイール装置１００の赤色発光領域１０４が位置し、カラーホイール装置１５０の赤色透過領域１５４が位置し、かつスイッチング回折格子２０２がオン状態となるように制御する。

また、制御部３８は、緑色波長帯域光の出射期間は、緑色波長帯域光が入射する位置に蛍光ホイール装置１００の緑色発光領域１０６が位置し、カラーホイール装置１５０の緑色透過領域１５６が位置し、かつスイッチング回折格子２０２がオン状態となるように制御する。以上の制御態様により、導光光学系１７０を介して各波長帯域光が表示素子５０に入射され、表示素子５０がデータに応じて各色の光を時分割表示することにより、スクリーンにカラー画像を投影することができる。

次に、光源装置６０を構成する各部材における光の出入射を説明する。まず、図７に基づいて励起光である青色波長帯域光が出射される場合について説明する。ここで、青色波長帯域光（図７及び図８において実線で示す光Ｌ１）が入射する蛍光ホイール１０１上の位置を第１照射スポットＳＰ１とし（図３参照）、青色波長帯域光、赤色波長帯域光、及び緑色波長帯域光が入射するカラーホイール１５１上の位置を第２照射スポットＳＰ２とする（図４参照）。図７では、スイッチング回折格子２０２がオフ状態とされ、第２照射スポットＳＰ２にカラーホイール１５１の青色透過領域１５２が位置している。

励起光照射装置７０の各青色レーザダイオード７１から出射された青色波長帯域光（励起光）は、複合部材２００の励起光入射面２００ａに対して傾斜する角度で入射する。スイッチング回折格子２０２がオフ状態とされているときには、複合部材２００に入射した青色波長帯域光は、第１方向Ｄ１（図５（ａ）参照）に屈曲しつつスイッチング回折格子２０２及びダイクロイックミラー面２０４を透過し、第１方向Ｄ１に導光されてカラーホイール１５１に入射する。

第２照射スポットＳＰ２に青色透過領域１５２が位置しているときには、カラーホイール１５１に入射した青色波長帯域光は、青色透過領域１５２で拡散されつつ青色透過領域１５２を透過して、マイクロレンズアレイ９０に向けて出射される。このようにして、青色波長帯域光とされる励起光は、光源光として利用することができる。

次に、図８に基づいて、赤色波長帯域光及び緑色波長帯域光が出射される場合について説明する。図８では、スイッチング回折格子２０２がオン状態とされ、第１照射スポットＳＰ１に赤色発光領域１０４が位置するとともに第２照射スポットＳＰ２に赤色透過領域１５４が位置している。又は、図８では、スイッチング回折格子２０２がオン状態とされ、第１照射スポットＳＰ１に緑色発光領域１０６が位置するとともに第２照射スポットＳＰ２に緑色透過領域１５６が位置している。

励起光照射装置７０の各青色レーザダイオード７１から出射された青色波長帯域光（励起光）は、複合部材２００の励起光入射面２００ａに対して傾斜する角度で入射する。スイッチング回折格子２０２がオン状態とされているときには、複合部材２００に入射した青色波長帯域光は、屈曲することなくスイッチング回折格子２０２及びダイクロイックミラー面２０４を透過し、蛍光ホイール装置１００側へ向かう第２方向Ｄ２（図５（ｂ）参照）に導光されて蛍光ホイール１０１に入射する。第１照射スポットＳＰ１に赤色発光領域１０４が位置しているときには、蛍光ホイール１０１に入射する青色波長帯域光は赤色蛍光体層を照射し、第１照射スポットＳＰ１に緑色発光領域１０６が位置しているときには、蛍光ホイール１０１に入射する青色波長帯域光は緑色蛍光体層を照射する。

赤色発光領域１０４に励起光である青色波長帯域光が照射されると、赤色波長帯域光を含む蛍光（図８において破線で示す光Ｌ２）が発光する。また、緑色発光領域１０６に青色波長帯域光が照射されると、緑色波長帯域光を含む蛍光（図８において破線で示す光Ｌ２）が発光する。ここで、赤色発光領域１０４及び緑色発光領域１０６で発光する光には、赤色波長帯域光を含む蛍光又は緑色波長帯域光を含む蛍光と、赤色発光領域１０４又は緑色発光領域１０６に照射されずにそのまま蛍光ホイール１０１のミラー加工された面により反射された励起光（以下、「残留励起光」という。）が存在する。

赤色発光領域１０４で発光した赤色波長帯域光及び緑色発光領域１０６で発光した緑色波長帯域光は、１２０°程度の角度をなして拡散され、第１集光レンズ１４２を介して複合部材２００側へ出射される。複合部材２００２００側へ出射された赤色波長帯域光及び緑色波長帯域光は、複合部材２００のダイクロイックミラー面２０４に入射し、ダイクロイックミラー面２０４によりカラーホイール装置１５０側へ反射されてカラーホイール１５１に入射する。

第２照射スポットＳＰ２に赤色透過領域１５４が位置しているときには、カラーホイール１５１に入射した赤色波長帯域光は、赤色透過領域１５４を透過して色純度が高められ、マイクロレンズアレイ９０に向けて出射される。また、第２照射スポットＳＰ２に緑色透過領域１５６が位置しているときには、カラーホイール１５１に入射した緑色波長帯域光は、緑色透過領域１５６を透過して色純度が高められ、マイクロレンズアレイ９０に向けて出射される。このようにして、赤色波長帯域光及び緑色波長帯域光を光源光として利用することができる。

なお、蛍光ホイール１０１で反射された残留励起光は、第１集光レンズ１４２を介して複合部材２００側へ出射され、ダイクロイックミラー面２０４に入射する。スイッチング回折格子２０２がオン状態とされているときには、ダイクロイックミラー面２０４に入射した残留励起光は、屈曲することなくダイクロイックミラー面２０４及びスイッチング回折格子２０２を透過して取り除かれる。

なお、本実施形態においては、蛍光ホイール装置１００に赤色発光領域１０４及び緑色発光領域１０６が設けられた構成を例示したが、蛍光ホイール装置１００に黄色波長帯域光を含む蛍光を発光する黄色発光体層が設けられた構成としてもよい。この場合、励起光である青色波長帯域光が黄色発光体層に照射されて黄色波長帯域光が発光し、発光した黄色波長帯域光がダイクロイックミラー面２０４によりカラーホイール装置１５０側へ反射される。カラーホイール１５１に入射した黄色波長帯域光は、第２照射スポットＳＰ２に赤色透過領域１５４が位置しているときには、赤色波長帯域光が赤色透過領域１５４を透過してその他の緑色波長帯域光が反射して取り除かれ、第２照射スポットＳＰ２に緑色透過領域１５６が位置しているときには、緑色波長帯域光が緑色透過領域１５６を透過してその他の赤色波長帯域光が反射して取り除かれる。

以上説明したように本実施形態に係る光源装置６０は、青色波長帯域光を出射する励起光照射装置７０と、励起光照射装置７０から出射された青色波長帯域光が励起光入射面２００ａに対して傾斜する角度で入射するように設けられ、入射する青色波長帯域光を第１方向Ｄ１に透過する光路と第２方向Ｄ２に透過する光路とのいずれかを時分割で変更するスイッチング回折格子２０２と、スイッチング回折格子２０２を透過した第２方向Ｄ２の青色波長帯域光が入射するように設けられ、青色波長帯域光が照射されて赤色波長帯域光を含む蛍光を発光する赤色発光領域１０４を有する蛍光ホイール装置１００と、スイッチング回折格子２０２と蛍光ホイール装置１００との間に設けられ、赤色発光領域１０４で発光した赤色波長帯域光を反射し、スイッチング回折格子２０２を透過した青色波長帯域光を透過するダイクロイックミラー面２０４と、を備える。

光源装置６０は、上記のような構成とされていることにより、スイッチング回折格子２０２で変更される第１方向をダイクロイックミラー面２０４で赤色波長帯域光が反射される方向と略等しくすることで、スイッチング回折格子２０２を第１方向Ｄ１に透過した青色波長帯域光と、スイッチング回折格子２０２を第２方向Ｄ２に透過した青色波長帯域光により蛍光ホイール装置１００で発光し、ダイクロイックミラー面２０４で反射した赤色波長帯域光とが同じ側へ導光される。これにより、青色波長帯域光と赤色波長帯域光の光路が同一光路となるため、一方の波長帯域光を他方の波長帯域光から独立して導光するためのレンズ部材やミラー部材等を別途配置する必要がない。このため、光源装置６０では、装置の小型化を図ることができる。

また、光源装置６０では、スイッチング回折格子２０２は、入射する青色波長帯域光を第１方向Ｄ１に屈曲して透過する光路と第２方向Ｄ２に透過する光路とのいずれかを変更し、第１方向Ｄ１は、赤色波長帯域光がダイクロイックミラー面２０４で反射される方向と略等しい。これにより、スイッチング回折格子２０２を第１方向Ｄ１に透過した青色波長帯域光と、ダイクロイックミラー面２０４で反射した赤色波長帯域光とが同じ側へ導光されるための具体的な構成を提供することができる。

また、光源装置６０は、蛍光発光装置として蛍光ホイール装置１００を備えている。これにより、励起光が照射されることによる熱が蛍光ホイール装置１００に設けられた蛍光体層の一部に集中することを抑制することができる。

また、光源装置６０では、スイッチング回折格子２０２の蛍光ホイール装置１００側の面にダイクロイックミラー面２０４が設けられている。これにより、スイッチング回折格子２０２とダイクロイックミラー面２０４とが別部材とされている場合に比して部材点数を減らすことができる。

また、光源装置６０では、蛍光ホイール装置１００は、青色波長帯域光が照射されて緑色波長帯域光を含む蛍光を発光する緑色発光領域１０６を有し、ダイクロイックミラー面２０４は、緑色発光領域１０６で発光した緑色波長帯域光を反射する。これにより、緑色波長帯域光の光路を青色波長帯域光及び赤色波長帯域光と同一光路とすることができ、光源装置６０の表示色を増やしつつ、装置の小型化を図ることができる。

また、光源装置６０は、青色波長帯域光を透過する青色透過領域１５２、赤色波長帯域光を透過して他の波長帯域光を反射する赤色透過領域１５４、及び緑色波長帯域光を透過して他の波長帯域光を反射する緑色透過領域１５６を有するカラーホイール装置１５０を備え、カラーホイール装置１５０は、ダイクロイックミラー面２０４を第１方向Ｄ１に透過した青色波長帯域光、及びダイクロイックミラー面２０４で反射した赤色波長帯域光と緑色波長帯域光が入射するように設けられている。これにより、赤色透過領域１５４を透過する赤色波長帯域光及び緑色透過領域１５６を透過する緑色波長帯域光の色純度を高めることができるとともに、カラーホイール装置１５０を透過する青色波長帯域光、赤色波長帯域光、及び緑色波長帯域光を同一光路で導光させることができる。

また、光源装置６０では、フィルタ装置としてカラーホイール装置１５０を備えている。これにより、カラーホイール装置１５０において青色波長帯域光、赤色波長帯域、及び緑色波長帯域光が入射する位置に、それぞれ対応する青色透過領域１５２、赤色透過領域１５４、及び緑色透過領域１５６が時分割で位置するように制御するための具体的な構成を提供することができる。

また、光源装置６０では、カラーホイール装置１５０は、透過領域として青色波長帯域光を透過して拡散する青色透過領域１５２を有している。これにより、青色透過領域１５２を透過した青色波長帯域光を、赤色波長帯域光及び緑色波長帯域光と略等しい大きさの光束とすることができる。

また、本実施形態に係る投影装置１０は、上記の光源装置６０と、画像光を生成する表示素子５０と、表示素子５０から出射された画像光を被投影体に投影する投影光学系２２０と、光源装置６０と表示素子５０とを制御する制御部３８と、を備えている。これにより、光源装置６０から投影光学系２２０側へ導光される青色波長帯域光、赤色波長帯域光及び緑色波長帯域光の光路を同一光路とすることができ、光源装置６０の小型化が図られた投影装置１０を実現することができる。

また、投影装置１０は、光路変更部として制御部３８の制御により光路を変更するスイッチング回折格子２０２を備えている。これにより、光路変更部の具体的な構成を提供することができる。

以上説明した各実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

例えば上記の実施形態では、スイッチング回折格子がオフ状態の場合に青色波長帯域光が第１方向に屈曲しつつスイッチング回折格子を透過し、スイッチング回折格子がオン状態の場合に青色波長帯域光が屈曲することなくスイッチング回折格子を第２方向に透過する構成を例示したが、スイッチング回折格子がオン状態の場合に青色波長帯域光が第１方向に屈曲しつつスイッチング回折格子を透過し、スイッチング回折格子がオフ状態の場合に青色波長帯域光が屈曲することなくスイッチング回折格子を第２方向に透過する構成であってもよい。

また、上記の実施形態では、スイッチング回折格子とダイクロイックミラー面が同一の複合部材に設けられた構成を例示したが、スイッチング回折格子とは別部材としてダイクロイックミラー面と同一の機能を有するダイクロイックミラーが設けられた構成であってもよい。この場合、スイッチング回折格子とダイクロイックミラーを異なる位置及び角度で配置することができ、青色波長帯域光及び赤色波長帯域光の光路設計を行い易くすることができる。

また、上記の実施形態では、光路変更部としてスイッチング回折格子を例示したが、これに限定されない。光路変更部は、入射する青色波長帯域光を第１方向に透過する光路と第２方向に透過する光路とのいずれかに電気的に変更できるものであればよい。

以下に、本願出願の最初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］第１波長帯域光を出射する光源と、
前記光源から出射された前記第１波長帯域光が入射面に対して傾斜する角度で入射するように設けられ、入射する前記第１波長帯域光を第１方向に透過する光路と第２方向に透過する光路とのいずれかを時分割で変更する光路変更部と、
前記光路変更部を透過した前記第２方向の前記第１波長帯域光が入射するように設けられ、前記第１波長帯域光が照射されて第２波長帯域光を含む蛍光を発光する第１発光領域を有する蛍光発光装置と、
前記光路変更部と前記蛍光発光装置との間に設けられ、前記第１発光領域で発光した前記第２波長帯域光を反射し、前記光路変更部を透過した前記第１波長帯域光を透過するミラー部と、を備える、
光源装置。
［２］前記光路変更部は、入射する前記第１波長帯域光を前記第１方向に屈曲して透過する光路と前記第２方向に透過する光路とのいずれかを変更し、
前記第１方向は、前記第２波長帯域光が前記ミラー部で反射される方向と略等しい、
請求項１に記載の光源装置。
［３］前記蛍光発光装置は、蛍光ホイール装置である、前記［２］に記載の光源装置。
［４］前記ミラー部は、前記光路変更部の前記蛍光ホイール装置側の面に設けられたダイクロイックミラー面である、前記［３］に記載の光源装置。
［５］前記蛍光発光装置は、前記第１波長帯域光が照射されて第３波長帯域光を含む蛍光を発光する第２発光領域を有し、
前記ミラー部は、前記第２発光領域で発光した前記第３波長帯域光を反射する、
前記［１］～［４］のいずれかに記載の光源装置。
［６］前記第１波長帯域光を透過する透過領域、前記第２波長帯域光を透過して他の波長帯域光を反射する第１フィルタ領域、及び前記第３波長帯域光を透過して他の波長帯域光を反射する第２フィルタ領域を有するフィルタ装置を備え、
前記フィルタ装置は、前記ミラー部を前記第１方向に透過した前記第１波長帯域光、及び前記ミラー部で反射した前記第２波長帯域光と前記第３波長帯域光が入射するように設けられている、
前記［５］に記載の光源装置。
［７］前記フィルタ装置は、カラーホイール装置である、前記［６］に記載の光源装置。
［８］前記カラーホイール装置の前記透過領域は、前記第１波長帯域光を透過して拡散する透過拡散領域である、前記［７］に記載の光源装置。
［９］前記［８］に記載の光源装置と、
画像光を生成する表示素子と、
前記表示素子から出射された前記画像光を被投影体に投影する投影光学系と、
前記光源装置と前記表示素子とを制御する制御部と、を備える、
投影装置。
［１０］前記制御部は、前記光路変更部における前記光路の変更を制御し、
前記光路変更部は、前記制御部の制御により前記光路を変更するスイッチング回折格子である、
前記［９］に記載の投影装置。

１０ 投影装置 １２ 正面パネル
１２ａ 投影口 １３ 背面パネル
１４ 右側パネル １５ 左側パネル
２１ 入出力コネクタ部 ２２ 入出力インターフェース
２３ 画像変換部 ２４ 表示エンコーダ
２５ ビデオＲＡＭ ２６ 表示駆動部
３１ 画像圧縮／伸長部 ３２ メモリカード
３５ Ｉｒ受信部 ３６ Ｉｒ処理部
３７ キー／インジケータ部 ３８ 制御部
４１ 光源制御回路 ４３ 冷却ファン駆動制御回路
４５ レンズモータ ４７ 音声処理部
４８ スピーカ ５０ 表示素子
５７ 電源コネクタ ６０ 光源装置
７０ 励起光照射装置 ７１ 青色レーザダイオード
７２ コリメータレンズ ８０ 赤緑色光源装置
９０ マイクロレンズアレイ １００ 蛍光ホイール装置
１０１ 蛍光ホイール １０４ 赤色発光領域
１０６ 緑色発光領域 １１０ モータ
１３０ ヒートシンク １４０ 光源光学系
１４２ 第１集光レンズ １５０ カラーホイール装置
１５１ カラーホイール １５２ 青色透過領域
１５４ 赤色透過領域 １５６ 緑色透過領域
１６０ モータ １７０ 導光光学系
１７４ 凹レンズ １７５ 第２集光レンズ
１８５ 照射ミラー １９５ コンデンサレンズ
２００ 複合部材 ２００ａ 励起光入射面
２００ｂ 励起光出射面 ２０２ スイッチング回折格子
２０４ ダイクロイックミラー面 ２２０ 投影光学系
２２５ 固定レンズ群 ２３５ 可動レンズ群
２４２ 制御回路基板 ２６１ 冷却ファン
Ｄ１ 第１方向 Ｄ２ 第２方向
Ｌ１，Ｌ２ 光 ＳＢ システムバス
ＳＰ１ 第１照射スポット ＳＰ２ 第２照射スポット

Claims (10)

1. 第１波長帯域光を出射する光源と、
   前記光源から出射された前記第１波長帯域光が入射面に対して傾斜する角度で入射するように設けられ、入射する前記第１波長帯域光を第１方向に透過する光路と第２方向に透過する光路とのいずれかを時分割で変更する光路変更部と、
   前記光路変更部を透過した前記第２方向の前記第１波長帯域光が入射するように設けられ、前記第１波長帯域光が照射されて第２波長帯域光を含む蛍光を発光する第１発光領域を有する蛍光発光装置と、
   前記光路変更部と前記蛍光発光装置との間に設けられ、前記第１発光領域で発光した前記第２波長帯域光を反射し、前記光路変更部を透過した前記第１波長帯域光を透過するミラー部と、を備える、
   光源装置。
2. 前記光路変更部は、入射する前記第１波長帯域光を前記第１方向に屈曲して透過する光路と前記第２方向に透過する光路とのいずれかを変更し、
   前記第１方向は、前記第２波長帯域光が前記ミラー部で反射される方向と略等しい、
   請求項１に記載の光源装置。
3. 前記蛍光発光装置は、蛍光ホイール装置である、請求項２に記載の光源装置。
4. 前記ミラー部は、前記光路変更部の前記蛍光ホイール装置側の面に設けられたダイクロイックミラー面である、請求項３に記載の光源装置。
5. 前記蛍光発光装置は、前記第１波長帯域光が照射されて第３波長帯域光を含む蛍光を発光する第２発光領域を有し、
   前記ミラー部は、前記第２発光領域で発光した前記第３波長帯域光を反射する、
   請求項１～４のいずれか１項に記載の光源装置。
6. 前記第１波長帯域光を透過する透過領域、前記第２波長帯域光を透過して他の波長帯域光を反射する第１フィルタ領域、及び前記第３波長帯域光を透過して他の波長帯域光を反射する第２フィルタ領域を有するフィルタ装置を備え、
   前記フィルタ装置は、前記ミラー部を前記第１方向に透過した前記第１波長帯域光、及び前記ミラー部で反射した前記第２波長帯域光と前記第３波長帯域光が入射するように設けられている、
   請求項５に記載の光源装置。
7. 前記フィルタ装置は、カラーホイール装置である、請求項５に記載の光源装置。
8. 前記カラーホイール装置の前記透過領域は、前記第１波長帯域光を透過して拡散する透過拡散領域である、請求項６に記載の光源装置。
9. 請求項８に記載の光源装置と、
   画像光を生成する表示素子と、
   前記表示素子から出射された前記画像光を被投影体に投影する投影光学系と、
   前記光源装置と前記表示素子とを制御する制御部と、を備える、
   投影装置。
10. 前記光路変更部は、前記制御部の制御により前記光路を変更するスイッチング回折格子である、
    請求項９に記載の投影装置。

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